Основные положения
Уровень звукового давления
жүктеу/скачать 1,34 Mb.
|
Лекция 10
| Уровень звукового давления L (англ. Lеvеl). Если две интенсивности звука соотнести в логарифмической зависимости, то такое отношение интенсивности двух звуков названо в честь американского физика А.Б. Белла «Бел».
Уровень звукового давления L = (4.12) Пример: Дано: Вт/м2 Вт/м2 Определить: Уровень звукового давления L Решение: дБ=1Бел Установление единицы Децибел, а также расчеты могут также производиться с помощью логарифмических отношений звуковой энергии, звуковой интенсивности или звукового давления. Чтобы по возможности избежать величины с запятой, уровни звукового давления даются в Децибелах. Складывать и вычитать следует в логарифмических соотношениях, так как наше ухо слышит «в логарифмическом масштабе». Источник звука, который находится на пороге слышимости, т.е. еще не может быть услышан, имеет уровень звукового давления 0 дБ. Это называют порогом слышимости. Количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 сек через площадку в 1 м2, перпендикулярную направлению движения волны, называют силой звука и выражают в ваттах на 1 м2 (Вт/м2). Сила звука пропорциональна квадрату звукового давления Р, которое легко удается измерить с помощью микрофона. Пока не создано простых способов, позволяющих непосредственно измерять силу звука или энергию звуковых колебаний. Ухо человека может ощущать звук только в том случае, когда его сила не меньше определенной величины, называемой порогом слышимости. Верхний предел силы звука, который воспринимается как болевое ощущение, называется болевым порогом. Сила звука у порога слышимости равна 1−10 -14 Вт/м2, а у болевого порога – около 1-10 Вт/м2; следовательно, силы этих звуков отличаются одна от другой в 1014 раз. Человеческое ухо приспособлено к таким крайностям в величине силы воспринимаемого звука. Приспособляемость эта обусловлена тем, что, по закону Вебера-Фехнера, ощущение возрастает пропорционально логарифму величины раздражения, т.е. наше нервное слуховое восприятие пропорционально не силе звука, а ее логарифму. Например, звук силой в 10 единиц по сравнению со звуком силой в 1000 единиц кажется нам слабее не в 100 раз, а только в 3 раза (lg10 1000 = 3). Чтобы не оперировать со столь большими цифрами, в акустике пользуются логарифмическим масштабом. Для получения представления о степени силы звука введено понятие уровня силы звука, который выражается логарифмом отношения силы данного звука к силе звука на пороге слышимости, условно принимаемой за единицу сравнения. Уровень силы звука, обозначаемый L, измеряют в логарифмических единицах, которые называют бел (б): L = lg10 J / J0 , (4.14) где J – сила данного звука; J0 – сила звука на пороге слышимости. Удобнее за единицу уровня силы звука принимать величину, равную 0,1 бела, называемую децибелом (сокращенно дб). Изменения уровня силы звука меньше чем на 1 дб обычно на слух не заметны. Очевидно, что уровень силы звука в децибелах будет выражаться формулой L = 10 lg10 J / J0. (4.14a) Звуковые волны в диапазоне, воспринимаемом ухом человека, оказывают звуковые давления примерно от 10 -4 до 102 бар. Чтобы было удобнее учитывать звуковые давления, измеряющиеся в столь широких пределах, для измерения давления принята логарифмическая децибельная шкала. Нуль этой шкалы условно соответствует звуковому давлению Р0 = 0,0002 бар или уровню силы звука J0 = 10-14 Вт/м2. Любое значение звукового давления Р, измеренное по этой шкале в логарифмических единицах, называют уровнем звукового давления. Численно уровень звукового давления в децибелах определяется как 20-кратный десятичный логарифм отношения звукового давления Р к звуковому давлению на пороге слышимости Р0 = 0,0002 бар: L = 20 lg10 Р / Р0. (4.15) Так как сила звука пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления, то уровень силы звука в дб можно подсчитать исходя из величины звукового давления: L = 10 lg10 J / J0 =10 lg10 Р2 / Р20 = 20 lg10 Р / Р0 (4.16) Между уровнем звукового давления в барах и децибелах существует зависимость, приведенная в таблице 4.3. Таблица 4.3− Соотношение между уровнем звукового давления в барах и в децибелах
Данные о среднем значении уровня звукового давления различного вида звуков приведены в таблице 4.4. Таблица 4.4−Значение уровня звукового давления различных звуков
4.2.4 Порог слышимости − болевой порог Сравнительный анализ звука на «пороге слышимости» и при «болевом пороге» приведен в таблице 4.5 Таблица 4.5 − Характеристика звука на «пороге слышимости» и при «болевом пороге»
Рисунок 4.11 − Порог слышимости — болевой порог Рисунок 4.12 – Область слухового восприятия звука Пример: Дано: Порог слышимости I0= 10-12Вт/м2 Болевой порог I = 1 Вт/м2 Определить: Уровень звукового давления L: Вывод: Болевой порог имеет место при уровне звукового давления 120 дБ. Чувствительность слуха зависит не только от частоты звука, но и от уровня звукового давления. На рисунке 4.12 показана область слухового восприятия звука; наибольшая чувствительность соответствует частотам от 1000 до 3000Гц; с понижением и повышением частоты звука чувствительность понижается. Пунктирные кривые представляют собой геометрические места точек одинаковой громкости. Так, звук частотой 1000Гц с уровнем звукового давления 40дБ будет казаться равногромким звуку частотой 50Гц с уровнем звукового давления ≈70 дБ. жүктеу/скачать 1,34 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|